Evaluation of Maintenance for Domestic Ventilation Systems. Nana NODA
住宅用換気システムのメンテナンス性評価 高知工科大学 システム工学群
建築・都市デザイン専攻 建築環境工学研究室 住宅換気 メンテナンス 清掃 学籍番号：1190124 氏名：野田 奈那
居住者 エネルギー代謝率 風量低下 指導教員：田島 昌樹
1 はじめに
一般的に住宅換気の設計は、仕様書等に示されている性 能で稼働することを前提に行われる。しかし住宅の全般機 械換気システムは、定期的なメンテナンスが必要であるこ とからメンテナンスが行われない場合、フィルターやファ ンブレードにホコリ等が付着し、風量が減少することで電 力の浪費につながる。村田らによる調査 ［1］ では竣工後から 数年以上経過した住宅で換気量が減少し、設計値を満たし ていない事例が多く報告されており、メンテナンスの主体 となる居住者への周知やメンテナンスが容易で、設計風量 が長期的に維持できるシステムの開発などが必要である ことが示されている。また住宅用換気システムのメンテナ ンスの主体である一般者向けの情報も不足しているとい える。
2 研究概要
本研究では、設計時における換気システム選定のための メンテナンス性に関する情報提示や評価方法および評価 指標の考案を目的として、既往の知見をまとめるとともに 実験によるメンテナンス性の評価を行った。
住宅用換気システムのメンテナンス性に関連する既往 研究や評価方法を調査することで現状の課題を抽出し、3 つの課題を明らかにした。そして課題の 1 つであるメンテ ナンス性の評価について実験により、システムの清掃にか かるエネルギー代謝率（以降、Met 値と示す）の測定を行 い、試算による年間の評価を行った。
3 換気システムのメンテナンスに関する既往研究や評 価方法の調査
3.1 既往研究と知見の整理
（a）アンケート調査
24 時間換気設備設置義務化後のメンテナンスも含めた 換気システムの使用実態や居住者の意識変化の把握を目 的に、いくつかの既往研究では換気システムに関するアン ケート調査 ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ が行われている。多くの調査 結果において、平成 15 年の基準改正から数年以上経過し ているにも関わらず、実状は推奨されている清掃頻度が守 られていないことがわかった。またこれにより換気回数が 0.5 回/h に満たない住宅が確認されるなど、居住者の換気 に対する意識は未だに定着しておらず、メンテナンス不足 の実態が報告されている。
（b）住宅用換気システムの性能低下予測
換気システムが連続運転することで汚れる経緯や箇所、
それに伴う性能低下の把握は適切なシステム設計の提案 に不可欠とされている。
村田らは換気システムのメンテナンス性が高いシステ ム設計の検討を目的に浮遊粉じんによる風量低下促進試 験方法 ［1］ ［9］ を提案した。第一種熱交換型セントラル換気 システムを対象に試験を実施し、再現性の確認と風量減少、
粉じん粒径の関係性を示した。さらに第三種型中間ダクト ファンを対象とした促進試験では、長期室内暴露試験との 比較 ［10］ も行い、促進試験の課題として、試験用粉体の検 証が必要であることを確認した。また対象としたシステム の排気グリルフィルターに対して風量減少が起きる積算 吸込み粉じん量を分析し、平均的なメンテナンス間隔の概 略推定をするための有意義な知見を得ている。
（c）全般換気システムの清掃と換気性能や消費電力に関 する検討
自立循環プロジェクトでは、実験集合住宅における全般 換気設備の風量や比消費電力の測定結果と清掃との関係 の調査 ［11］ を行っている。第一種換気システムは、清掃を 行わない期間が 4 ヶ月程度で性能低下が現れたが、第三種 換気システムは清掃を行わなくても顕著な性能低下が起 こらないことが確認されている。また田島らはこの結果を 受け、第一種換気システムにおける換気端末フィルターの 目詰まりによる風量減少の状態を仮定した多数室系の空 間での模擬実験により、風量減少が起こると空気質や比消 費電力が悪くなることを結果 ［12］ として示している。
（d）自立循環型住宅における換気システムのメンテナン ス評価
建築環境・省エネルギー機構の住宅用ダクト式設備に関 するブックレット ［13］ が示している換気システムの性能評 価方法の中には清掃作業の容易さを評価する項目が設け られている。しかし、これはあくまでメンテナンスの容易 さを定性的に判断するための手法であり、より明瞭かつ実 践的なメンテナンスの容易性評価を示すためには、再現性 があり定量的な評価ができる手法の考案が望まれる。
3.2 まとめ
3.1 で述べた換気システムのメンテナンスに関する既往
研究の各検討内容は、①アンケート調査などを用いた換気
システムの使用実態に関する調査、②換気システム自体が
もつメンテナンス性の評価、③換気システムがメンテナン
ス不足となった時の性能低下を対象とした評価と大きく 3
種に分類できる。
各既往研究で示された結果も踏まえた今後の換気シス テムのメンテナンスについての課題は、①実態調査、②メ ンテナンス性の評価、③メンテナンス不足による性能低下、
が考えられる。①実態調査は平成 15 年改正建築基準法以 降も多くの研究が行われている。そのため特に②メンテナ ンス性の評価や③メンテナンス不足による性能低下につ いて評価指標や手法を確立し、再度それを用いた実態調査 が必要であるとの結論を得た。
4 住宅用換気システムの清掃行為の Met 値測定 4.1 測定概要
3.2 で述べた②メンテナンス性の評価に注目し、各種シ ステムに必要とされる清掃作業を Met 値で定量化し、この 多寡を容易性とみなし評価を行った。
測定は、換気システムの性能を維持するために居住者に 要する清掃行為について模擬的に被験者実験を行うこと で、ダグラスバッグ法や活動量計により、Met 値を算出し た。実験項目は対象部位の説明書に記載されている手順に 従い行った。実験に使用する測定項目と測定機器を表 1 に 示す。また清掃行為をより実条件に近づけるため、一般的 な住宅での換気ユニットや端末部材の設置条件を想定し た実験棟を用いた。実験棟を写真 1 に示す。天井に取り付 ける部材は 2.4m の天井高に、壁に取り付ける自然給気口 は 1.6m、壁付け式ファンは 1.8m の高さで取り付けた。対 象部位が天井取り付けの場合、脚立を使用し、上り下りも 踏まえて Met 値を測定した。測定対象とする清掃行為は、
換気方式、換気ユニットの設置場所を考慮し、表 2 に示し ている項目などが必要であると考えられる。
4.2 清掃行為の Met 値測定
ダクト式第三種換気システムの清掃行為を対象に実験 を行った。実験項目と得られた測定結果の平均値を表 3 に 示す。椅座静位は、安静状態のエネルギー代謝としており、
この測定結果を被験者それぞれの Met 値 1.0 の基準として 扱っている。
各清掃行為の Met 値を図 1 に示す。各清掃行為において ダグラスバッグ法で得られた Met 値は 1.5 前後、活動量計 で測定された値も 2.0 以下であり、比較的小さい Met 値で 清掃が行えることを確認した。グリル清掃はダグラスバッ グ法、活動量計それぞれで得られた Met 値のばらつきはあ まり見られなかった。これより測定した値は比較的正確で あり、グリル清掃は個人差があまり見られない項目である ことが確認できた。またグリル拭き取りは、ダグラスバッ グ法で得られた Met 値に被験者ごとの違いはあまり見ら れなかったが、活動量計で得られた Met 値は被験者ごとの ばらつきが見られた。これよりグリル拭き取りは活動量計 で測定する場合、やや大きい値を示すことが確認できた。
表 1 測定項目と測定機器
測定項目 機器名 備考
CO 2 濃度 O 2 濃度
HORIBA ポータブルガス分析器
PG-240
測定範囲：
CO 2 0～20vol%
O 2 0～25vol%
竹井機器工業株式会社
ダグラスバッグ TK-11288 容量 100L
活動量 OMRON 製
Active stylePRO HJA-750c
測定範囲 ±6G 1.0～18.0MET
写真 1 実験棟（左：壁付け・天井取付用 右：床下設置用）
表 2 実験で対象とすべき清掃項目
清掃項目 換気システム 設置場所 フィルター取り外し
第一種 床下、天井上 フィルター清掃
グリル清掃
第一種、第三種 床下、天井上 グリル拭き取り
点検口取り外し 第一種、第三種 床下、天井上
自然給気口手入れ 第三種 壁付け
外気フード手入れ 第一種、第三種 壁付け 表 3 評価方法の検討結果
実験項目 ダグラスバッグ法 活動量計 データ 数 Met 値 SD ※ METs SD ※ 椅座静位 1.0 0.00 1.1 0.09 グリル清掃 1.4 0.18 1.4 0.25 4 グリル拭き取り 1.5 0.16 1.7 0.27 自然給気口手入れ 1.4 0.34 1.6 0.22
※ SD：標準偏差
図 1 各清掃行為の Met 値（4 ケース）
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
A B C D A B C D
ダグラスバッグ法 活動量計
エネルギー代謝率［
Me t
］A
：椅座静位C
：グリル拭き取りB：グリル清掃 D：自然給気口手入れ
4.3 活動量計での清掃行為 Met 値測定
本節は 4.2 で測定したダクト式第三種換気システムに 加えて、ダクト式第一種換気システムおよび壁付け式第三 種換気システムを対象に実験を行った。実験項目と得られ た測定結果の平均値を表 4 に示す。壁付け式ファンの測定 結果は Met 値 2.0 とその他の項目に比べて大きい結果とな った。この理由としてグリルの着脱や姿勢を低くしての作 業など上下する動きがあるためだと考えられる。
床下設置の第一種換気ユニットは、清掃手順がその他の 部材に比べて多いが手元での清掃が多いため、第三種換気 ユニットよりも Met 値が小さくなったと考えられる。第三 種換気ユニットの点検口取り外しは同じ行為をユニット の設置場所を変えて 2 種測定した。Met 値の測定結果は床 下設置より天井取り付けの方が大きくなった。この理由と して脚立を使用したことが考えられる。また測定終了後、
被験者に容易でなかった実験項目について訊ねると上向 きの姿勢で清掃を行う項目との回答が多かった。
図 2 に測定で得られた Met 値を示す。自然給気口手入れ は 4.2 の測定結果と同様に個人差があることを確認した。
表 4 各実験項目の Met 値
実験項目 Met SD ※ データ数 椅座静位 1.0 0.00
7(2) グリル清掃 1.4 0.09
グリル拭き取り 1.7 0.13 自然給気口手入れ 1.8 0.33 壁付け式ファン 2.0 0.27 第一種（床下） 1.6 0.10 第三種（天井） 1.9 0.29 第三種（床下） 1.8 0.18
※ SD：標準偏差 （ ）内数で女性
図 2 各清掃行為の Met 値（8 ケース）
5 住宅用換気システムのメンテナンス性評価 5.1 メンテナンス性評価の概要
設計段階でより容易に清掃が可能な住宅用換気システ ムを選定するために、居住者に要する清掃の容易性評価を 行う必要がある。建築環境・省エネルギー機構によると換 気ユニット本体の清掃を容易にする要件として脚立や踏 み台を使用しない、清掃用具（掃除機）以外に道具を必要 としないことなどが挙げられている。 ［13］ しかし清掃行為時 に居住者にかかる負担はまだまだ数量的に示されていな い。
そこで 4 章で得られた Met 値から作業時間や清掃頻度、
清掃対象の設置個数を考慮し、メンテナンス性を評価する ために年間のエネルギー代謝量［Met・min］を式(1)により 算出した。以下に式の概要を示す。
𝑀𝑒𝑡 𝑘 = ∑ 𝑀𝑒𝑡 𝑖 × 𝑡 𝑖 × 𝑓 𝑖 × 𝑚 𝑖
𝑛
𝑖=1
(1)
Met k ：換気システムの清掃にかかる年間エネルギー代 謝量［Met・min/年］
Met i ：各実験項目の平均 Met 値［Met］
n：対象部位数 t i ：清掃時間［min］
f i ：清掃頻度［年 -1 ］ m i ：設置個数［-］
温暖地版 自立循環型住宅への設計ガイドライン ［14］ に 示されているダクト配置計画より、清掃対象や設置個数 を設定した。また清掃頻度は対象部位の説明書に記載さ れている頻度を用いた。
換気システムの清掃概要を表 5 に示す。ダクト式第一種 換気システムの給気グリルおよび排気グリルの Met 値は 清掃行為が似ているグリル拭き取りの Met 値を使用した。
また清掃時間は実験時の様子から、実際の清掃時間と予想 される 2 分とした。換気ユニットの清掃時間は測定時間の 平均値を使用した。
ダクト式第三種換気システムの排気グリルはグリル清 掃とグリル拭き取りの 2 種の実験項目がある。清掃時間は それぞれの項目で 1 分ずつとした。また換気ユニットと自 然給気口の清掃時間は実験時の測定時間の平均値を使用 した。
表 5 換気システムの清掃概要
概要 計算に使用した値
換気システム 清掃対象 実験項目 清掃頻度 Met i t i f i m i
ダクト式第一種 換気システム
換気ユニット本体 第一種（床下） 6 か月に 1 回 1.6 4.0 2 2 給気グリル グリル拭き取り 2 か月に 1 回 1.7 2.0 6 8 排気グリル グリル拭き取り 2 か月に 1 回 1.7 2.0 6 5
ダクト式第三種 換気システム
換気ユニット本体 第三種（天井）
3 か月に 1 回 1.9 2.5
4 1
第三種（床下） 1.8 1.5
排気グリル グリル清掃
2 か月に 1 回 1.4
1.0 6 6
グリル拭き取り 1.7
自然給気口 自然給気口手入れ 2 か月に 1 回 1.8 1.0 6 6
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
エネルギー代謝率［
Me t
］5.2 ダクト式換気システムの清掃にかかる年間エネル ギー代謝量
5.1 で述べた式(1)より算出した清掃行為の年間エネル ギー代謝量を図 3 に示す。最も大きい結果となったのはダ クト式第一種換気システムの 288Met・min/年である。ダク ト式第三種換気システムはユニット本体の設置場所が天 井 取 り 付 け の 場 合 195Met ・ min/ 年 、 床 下 設 置 の 場 合 187Met・min/年となり、床下設置にすると 8Met・min/年小 さくなることが確認できた。どの換気システムも給排気グ リルが占める割合が大きい結果となった。この理由として グリルの清掃頻度や設置個数が多いことが考えられる。
住宅用換気システムの清掃におけるエネルギー代謝量 を小さくするためには、設計時に脚立を使用せずとも手の 届く場所への設置を計画することや対象部位の清掃頻度、
設置個数を少なくする必要があると考えられる。
※グラフ右横の数値は合計値を示す
図 3 ダクト式換気システム清掃時の年間エネルギー代謝量
5.3 清掃行為のメンテナンス性評価
建築・省エネルギー機構のブックレット ［13］ には、換気 ユニット本体の清掃を容易にする作業の要件が示されて いる。表 6 に実験で対象としたメンテナンス性評価の項目 を示す。表中の 1 種動作とは、清掃におけるある 1 種類の 動作を行うことを意味し、5 種動作では動作を 5 回含んで いることを表す。年間エネルギー代謝量の他にもメンテナ ンス性評価を行う際、居住者自身が体感する清掃行為の容 易性を評価することも重要であると考えられる。
第三種換気ユニットは 5 種動作以内で着脱可能である が、第一種換気ユニットは 6 種動作以上必要である。これ より換気ユニット本体のメンテナンス性を評価すると第 一種より第三種の方が容易に清掃可能であるといえる。ま た今回清掃対象としたグリルは清掃時にグリルの着脱は 必要なかったが、中にはグリルの着脱やフィルターの清掃 を必要とする種類もある。設計時にはより容易に清掃可能 な換気システムの選定が必要であると考えられる。
6 おわりに
本研究では、設計時における住宅用換気システムのメン テナンス性に関する情報提示や評価方法および評価指標 の考案を目的とした。関連する既往研究と評価方法の整理 をして課題の抽出を行い、居住者に要する清掃行為を対象 に Met 値を測定し、年間エネルギー代謝量を算出した。
年間エネルギー代謝量について、ダクト式第三種換気シ ステムは天井取り付けで 195Met・min/年、床下設置で 187Met・min/年となり、ダクト式第一種換気システムの 288Met・min/年より小さくなった。これより第三種換気シ ステムの方が容易に清掃を行えることが確認できた。
住宅用換気システムの設計段階で、居住者が容易にメン テナンスを行えるように換気ユニットや端末部材を床置 きや床下設置にすること、取り外しや取り付け等の清掃手 順が少ない種類を選定することが求められる。
＜参考文献＞
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国土交通省 国土技術政策総合研究所 国立研究開発法人 建築研究所：温暖 地版 自立循環型住宅への設計ガイドライン, 2015.8
＜既発表論文＞
[15]野田奈那 嶋田祐典 依光剛志 田島昌樹：住宅用換気システムのメンテナ ンス性評価, 日本建築学会四国支部研究報告集, 第 18 号, pp55-56, 2018.5
表 6 清掃行為のメンテナンス性評価項目 項目
取り外し行為 清掃行為 取り付け行為
5 種動作 以内
6 種動作
以上 掃除機 手たたき 水拭き 空拭き 5 種動作 以内
6 種動作 以上
換気ユニット本体（第一種） 〇 〇 〇 〇
換気ユニット本体（第三種） 〇 〇
給排気グリル なし 〇 〇 〇 なし
自然給気口 〇 〇 〇 〇 〇
0 100 200 300 400
第三種（床下）
第三種（天井）
第一種（床下）
換気ユニット本体 排気グリル 給気グリル 自然給気口
